基礎(chǔ)工程 第一章

基礎(chǔ)工程

黃金林

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院

1基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力?；讐毫Ω郊討?yīng)力地基沉降變形基底反力基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的外荷載上部結(jié)構(gòu)的自重及各種荷載都是通過(guò)基礎(chǔ)傳到地基中的。上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物設(shè)計(jì)暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化；用荷載代替上部結(jié)構(gòu)21.地基基礎(chǔ)工程國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀地基基礎(chǔ)工程需解決的問(wèn)題：建（構(gòu)筑）物的地基強(qiáng)度設(shè)計(jì)、變形控制、穩(wěn)定性控制、基礎(chǔ)材料設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)與監(jiān)測(cè)技術(shù)和相關(guān)施工技術(shù)。地基強(qiáng)度設(shè)計(jì)：應(yīng)包括，地基原位測(cè)試技術(shù)、室內(nèi)測(cè)試技術(shù)、允許設(shè)計(jì)取值。變形控制：應(yīng)包括，地基變形計(jì)算、建筑物允許變形、對(duì)相鄰建筑物的影響。穩(wěn)定性控制：應(yīng)包括，建筑物整體穩(wěn)定性、抗浮穩(wěn)定性、抗震穩(wěn)定性。

3建筑物的用途建筑物安全等級(jí)建筑布置上部結(jié)構(gòu)類型工程地質(zhì)水文地質(zhì)氣候條件工期施工條件造價(jià)環(huán)境保護(hù)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)上部結(jié)構(gòu)工程地質(zhì)條件其他要求4地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地基結(jié)構(gòu)承載力沉降變形穩(wěn)定性強(qiáng)度剛度基本尺寸鋼筋數(shù)量等2.設(shè)計(jì)內(nèi)容和任務(wù)

5根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和使用要求，綜合考慮地質(zhì)條件、施工條件、經(jīng)濟(jì)造價(jià)和環(huán)境保護(hù)等因素，尋求技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理而且實(shí)際可行的地基基礎(chǔ)方案并進(jìn)行必要的力學(xué)檢算，使之滿足安全、合理、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)。6地基天然地基：不需處理直接放置基礎(chǔ)的天然土層。人工地基：需要人工加固或處理后才能修建基礎(chǔ)的土層。簡(jiǎn)單、造價(jià)低，盡量選擇（1）地基分類7分類依據(jù)：埋置深度及施工工藝特點(diǎn)基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)：埋置深度較淺，施工程序簡(jiǎn)單。深基礎(chǔ)：埋置深度較深，施工較為復(fù)雜。埋深界限5m？專門的設(shè)備或?qū)I(yè)的人員8我國(guó)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)(以下簡(jiǎn)稱《地基基礎(chǔ)規(guī)范》)，根據(jù)地基復(fù)雜程度、建筑物的規(guī)模和特征、由于地基問(wèn)題可能造成建筑物破壞或影響程度將地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分為甲級(jí)、乙級(jí)、丙級(jí)3個(gè)設(shè)計(jì)等級(jí)。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)分類910113.0.3表

所列范圍內(nèi)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)的建筑物可不作變形驗(yàn)算。12131415

概率極限設(shè)計(jì)法與極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)

3、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則15概率極限設(shè)計(jì)法兩種極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)近似概率法全概率法半概率法分項(xiàng)系數(shù)16概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法以概率論為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)（或失效概率）表示結(jié)構(gòu)的可靠程度，采用與傳統(tǒng)形式近似的分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式，以分項(xiàng)系數(shù)代替過(guò)去的安全系數(shù)，是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。先進(jìn)性：比較充分地考慮各種設(shè)計(jì)因素的變異性。但在地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，由于資料收集的困難，目前對(duì)于設(shè)計(jì)變量的變化規(guī)律掌握不夠，以及由于數(shù)學(xué)上的一些困難，全面采用該法尚不成熟。171．基礎(chǔ)底面的壓力小于地基的容許承載力；2．地基及基礎(chǔ)的變形值小于建筑物要求的沉降值；3．地基及基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性有足夠保證；4．基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度滿足要求。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)原則

p<fa

原則（承載力驗(yàn)算）

s<[s]原則（變形驗(yàn)算）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求經(jīng)常承受水平荷載的高層建筑、構(gòu)筑物以及基坑工程的穩(wěn)定性驗(yàn)算等1819

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料上部結(jié)構(gòu)荷載資料

設(shè)計(jì)時(shí)所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力或限值應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定巖土工程勘察資料原位測(cè)試資料

地基承載力、單樁豎向承載力以及地基壓縮模量和變形模量的原位測(cè)試報(bào)告等19荷載資料2021巖土工程勘察資料

(1)建筑場(chǎng)地（不良）地質(zhì)條件及危害程度

(2)地層分布情況及各層巖、土的物理力學(xué)性質(zhì)

(3)地下水類型、水位、腐蝕性等

(4)地震設(shè)防區(qū)：場(chǎng)地類別，砂土液化

(5)方案建議2223土層

編號(hào)土層名土性特征描述天然容重

/kN/m3

孔隙比

e粘聚力

/kPa

內(nèi)摩擦角

/

承載力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa

壓縮模量

/MPa

說(shuō)明①人工填土褐黃色，稍濕到很濕，上

部約0.5m為雜填土160.71015不宜作為持力層②粉質(zhì)粘土灰黃色，軟塑170.71215不宜作為持力層③粉砂灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和17.50.72015010④粉質(zhì)粘土灰黃色，軟塑到流塑，呈

透鏡體分布18.50.731518不宜作為持力層⑤細(xì)砂灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和18.50.552520012⑥粘土灰黃色，硬塑190.5252030014⑦泥質(zhì)砂巖淺灰色，中等風(fēng)化到微風(fēng)

化，巖體完整性較好201000可認(rèn)為不可壓縮地層參數(shù)表24基礎(chǔ)的材料形式、構(gòu)造和尺寸，除應(yīng)能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)、符合使用要求、滿足上述地基承載力、穩(wěn)定性和變形要求外，還應(yīng)滿足對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求?；A(chǔ)工程五類主要工程問(wèn)題①由于地基基礎(chǔ)問(wèn)題引起的上部結(jié)構(gòu)傾斜、墻體破壞；②基礎(chǔ)自身的破壞；③地基承載力不足發(fā)生整體滑動(dòng)破壞或沉降量過(guò)大；④邊坡喪失穩(wěn)定性；⑤其他特殊不良地質(zhì)條件引起的地基失效。253.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本規(guī)定對(duì)地基計(jì)算的要求承載力甲、乙、丙級(jí)建筑物變形1.甲、乙級(jí)2.表以外的丙級(jí)3.表以內(nèi)但符合第3款的丙級(jí)穩(wěn)定性1.承受水平荷載的高層建筑或高聳結(jié)構(gòu)物2.建在斜坡上的基礎(chǔ)26

荷載組合荷載永久荷載可變荷載偶然荷載荷載分類（按隨時(shí)間的變化）27地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的荷載效應(yīng)組合正常使用極限狀態(tài)下，荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值Sk：Sk=SGk+ψq1SQ1k+ψq2SQ2k+…+ψqnSQnk(2)Sk=SGk+SQ1k+ψc2SQ2k+…+ψcnSQnk(1)

其中：SGk——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值Gk計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SQik——按可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值Qik計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

ψci——可變荷載Qi的組合值系數(shù)，按規(guī)范取值。

常用的荷載效應(yīng)組合：正常使用極限狀態(tài)下，荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合值Sk：28地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的荷載效應(yīng)組合承載能力極限狀態(tài)下，由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合設(shè)計(jì)值S：

S=1.35Sk≤R(4)其中：R——結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值，按有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范確定；Sk——荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值。

S=γG

SGk+γQ1

SQ1k+γQ2ψc2SQ2k+…+γQn

ψcnSQnk(3)

其中：γG——永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)；

γQik——第i個(gè)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)；

ψci——可變荷載Qi的組合值系數(shù)，按規(guī)范取值。

承載能力極限狀態(tài)下，由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合，可由荷載效應(yīng)基本組合的設(shè)計(jì)值S，按下式確定：設(shè)計(jì)計(jì)算中，計(jì)算內(nèi)容不同，荷載效應(yīng)也不同?。?！29地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的荷載效應(yīng)組合地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的荷載效應(yīng)最不利組合與相應(yīng)的抗力限值應(yīng)按下列規(guī)定：30311、確定基礎(chǔ)尺寸時(shí)，其基底壓力值為多少答：正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合165+60=225kPa321、確定地基變形時(shí)，基底壓力值為多少答：正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合，不計(jì)風(fēng)載和地震荷載150+60-36=174kPa331、確定地基穩(wěn)定性時(shí)，基底壓力值為多少答：正常承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)基本組合，分項(xiàng)系數(shù)為1150+60=225kPa341、確定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，基底壓力值為多少答：正常承載能力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)基本組合（注意：這時(shí)分項(xiàng)系數(shù)不為1）165×1.35=222.75kPa351.4基礎(chǔ)類型淺埋基礎(chǔ)深埋基礎(chǔ)36基礎(chǔ)淺埋基礎(chǔ)獨(dú)立基礎(chǔ)

條形基礎(chǔ)

十字交叉基礎(chǔ)

箱形基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)

沉井和沉箱基礎(chǔ)

地下連續(xù)墻基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)

基礎(chǔ)分類殼體基礎(chǔ)

深埋基礎(chǔ)37天然地基：沒(méi)有經(jīng)過(guò)人為處理，直接修建。

人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工處理后才能修建。地基1.3地基類型3839

天然地基土質(zhì)地基巖石地基特殊土地基

人工地基—若天然地基軟弱，承載力和變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行加固處理的(如排水固結(jié)法等處理)地基。復(fù)合地基—由兩種不同強(qiáng)度的介質(zhì)（如軟土中加入水泥）組成的人工地基。3940

柱下單獨(dú)基礎(chǔ)墻下單獨(dú)基礎(chǔ)十字交叉梁基礎(chǔ)梁板或平板式筏形基礎(chǔ)柱下條形基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)沉箱基礎(chǔ)1.4基礎(chǔ)類型箱形基礎(chǔ)40基礎(chǔ)深基礎(chǔ)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)4142

圖1.1柱下單獨(dú)基礎(chǔ)42砼與片石砼基礎(chǔ)：強(qiáng)度、耐久性和抗凍性均較好，適于荷載大及地下水位以下結(jié)構(gòu)。摻入片石要求：占體積20~30%，尺寸≤300mm。摻入毛石節(jié)約水泥柱下砼基礎(chǔ)獨(dú)立基礎(chǔ)4344

圖1.2墻下單獨(dú)基礎(chǔ)44條形基礎(chǔ)分為墻下和柱下條形基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)是擋土墻下或涵洞下常用的基礎(chǔ)形式。其橫剖面可以是矩形或?qū)⒁粋?cè)筑成臺(tái)階形。有時(shí)為了增強(qiáng)橋柱下基礎(chǔ)的承載能力，將同一排若干個(gè)柱子的基礎(chǔ)聯(lián)合起來(lái)，也就成為柱下條形基礎(chǔ)。其構(gòu)造與倒置的T形截面梁相類似，在沿柱子的排列方向的剖面可以是等截面的，也可以如圖那樣在柱位處加腋的。在橋梁基礎(chǔ)中，一般是做成剛性基礎(chǔ)，個(gè)別的也可做成柔性基礎(chǔ)。條形基礎(chǔ)45擋土墻下條形基礎(chǔ)

柱下條形基礎(chǔ)4647

圖1.3柱下條形基礎(chǔ)4748

圖1.4墻下無(wú)筋擴(kuò)展條形基礎(chǔ)4849

圖1.5十字交叉梁基礎(chǔ)柱下條形基礎(chǔ)在柱網(wǎng)的雙向布置4950

圖1.6箱形基礎(chǔ)（由頂、底板與內(nèi)、外墻等組成、并由鋼筋砼整澆而成空間整體結(jié)構(gòu)）50箱形基礎(chǔ)柱頂板底版梁隔板5152

基樁直徑2.2m,長(zhǎng)度80m,鉆孔長(zhǎng)度近90m

圖1.7某公路大橋主橋南塔的樁基礎(chǔ)52樁基礎(chǔ)5354

井筒狀的結(jié)構(gòu)物在井壁的圍護(hù)下從井內(nèi)挖土在自重作用下逐漸下沉封底封頂形成的深基礎(chǔ)圖1.8沉井基礎(chǔ)54沉井5556泰州長(zhǎng)江大橋中塔沉井基礎(chǔ)開始封底施工57安徽九華電廠取水工程58污水管施工現(xiàn)場(chǎng)，沉井內(nèi)頂管施工5960

1.5地基、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)共同工作圖1.10地基、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)的常規(guī)分析簡(jiǎn)圖6061

1.5.1共同工作的概念

——上部結(jié)構(gòu)剛度的影響剛性結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)為絕對(duì)剛性，將約束基礎(chǔ)變形，僅在支座間發(fā)生局部彎曲

柔性結(jié)構(gòu)：上部結(jié)構(gòu)為完全柔性，對(duì)基礎(chǔ)變形約束作用很小，基礎(chǔ)產(chǎn)生整體彎曲

圖1.11上部結(jié)構(gòu)剛度影響示意圖6162

1.5.2地基與基礎(chǔ)的相互作用

柔性基礎(chǔ)，隨地基變形而任意彎曲，基底反力分布與基礎(chǔ)上荷載分布相同，無(wú)力調(diào)整基底的不均勻沉降

圖1.12柔性基礎(chǔ)剛性基礎(chǔ)，在荷載作用下基礎(chǔ)不產(chǎn)生撓曲，基底平面沉降后仍保持平面，基底反力分布有多種形態(tài)圖1.13剛性基礎(chǔ)6263

1.5.3線性變形體的地基計(jì)算模型文克勒地基模型

地基任一點(diǎn)所受的壓力強(qiáng)度與該點(diǎn)的地基沉降成正比的假設(shè)即p—土體表面某點(diǎn)單位面積上的壓力，kN/m2s—相應(yīng)于某點(diǎn)的豎向位移,mk—基床系數(shù)，kN/m3

圖1.14文克勒地基模型（a）彈簧模型；（b）文克勒地基上的剛性基礎(chǔ)6364

彈性半空間地基模型

r—集中力到計(jì)算點(diǎn)的距離E—彈性材料的彈性模量υ—彈性材料的泊桑比將地基土體視為均質(zhì)彈性半空間體，當(dāng)其表面作用一集中力P時(shí)，其